光通信原理基础知识

 20世纪60年代早期，曾有各种传光方式探索，例如用空心光波导管、透镜（或反射镜）阵列等，但都不能达到预期目的；也有不少人试探石英光纤传光的可能性，却很少有人相信它可以用在长距离通信上，因为当时作为光导纤维材料的石英玻璃损耗很大，直到20世纪60年代中期，优质光学玻璃的传输损耗仍高达1000 dB/km，并且普遍认为很难降低。在几乎毫无希望的情况下，英国标准电信研究所的华裔科学家高锟（Kao K. C.）博士于1966年发表了一篇奠定光纤通信基础的重要论文，他指出：光导纤维的高损耗不是其本身固有的，而是由材料中所含杂质引起的，如果降低材料中的杂质含量，便可极大地降低光纤损耗。他还预言，通过降低材料杂质含量和改造工艺，可使光纤损耗下降到20 dB/km；通过原材料的提纯能制造出适于长距离通信使用的低损耗光纤。在这一理论推断的引导下，1970年，美国康宁玻璃公司首先制成了衰减为20 dB/km的低损耗石英光纤。这是光通信发展的划时代事件，它使人们确认光导纤维完全能胜任作为光通信的传输介质，确立了光通信向光纤通信方向发展的明确目标，揭开了光纤通信发展的新篇章，是通信技术发展史的一次重大变革。同时，1970年，美国贝尔实验室、日本电气公司NEC和苏联先后研制成功室温下连续工作的双异质结半导体激光器。这两种技术的结合促进了光通信的新生，促使通信技术从实验室研究跃入到光纤通信实用化。因此，1970 年被称为光通信的“元年”。
今天我们一起先了解一下光纤通信的原理。


光的反射和折射定律
光在传输过程中，在两种不同的传输媒质的界面将产生以下行为：
一部分入射光将被反射, 一部分入射光将进入第二种媒质,并产品折射

折射率 n=光在真空中的传播速度/光在该媒质中的传播速度。

全反射：
当n1>n2时，随着入射角的不断增加，在入射角达到某一值时，折射角达到90℃，我们把此时的入射角称为临界角α0。当入射角大于临界角时，将发生全反射。
根据折射定律，我们可以求出临界角，此时α2=90°即n1·sinα0=n2·sin90°所以sinα0=n2/n1

光纤的导光原理
光通信正是利用了全反射原理，当光的注入角满足一定条件时，光便能在光纤（光波导）内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。

条件：
n1>n2>n0
n0:空气中的折射率
n1:纤芯的折射率
n2:包层的折射率
α>α0
α0:入射角，和sinα0=n2/n1
光纤的结构

光纤通信的优点：
大容量
长中继距离
适应能力强
体积小，重量轻，便于安装和维护
选材丰富，价格低
保密性强

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